預臭氧接觸+炭砂濾池中試工藝長期運行研究

許青青， 戴 盛， 李 磊， 朱永林

(鎮江市自來水公司，江蘇 鎮江 212000)

鎮江市自來水公司金西水廠采用“混凝—沉淀—過濾—消毒”的常規凈水工藝。為了提升出水水質，增強水廠應對風險的能力，決定對金西水廠進行深度處理改造。由于金西水廠為老舊水廠，受場地面積限制，難以實施常規深度處理工藝方案，且長江原水水質較好，有機污染物少，擬采用“預臭氧接觸+炭砂濾池”工藝。為了考察“預臭氧接觸+炭砂濾池”的處理效果和方案的可行性，進行了中試研究，考察該工藝在最佳參數下長期運行的出水水質，并對比了中試砂濾池與炭砂濾池的處理效果，以期為后期改造提供理論依據。

1 試驗參數

中試研究開始時間為2017年12月19日，流程見圖1。

圖1 中試流程

原水為長江水，混凝劑為聚合硫酸鐵。活性炭層厚度為90 cm，柱狀破碎炭8×20目;砂層為60 cm細砂，0.5～0.9 mm，均質濾料。炭砂濾池和砂濾池的設計水量為1 m3/h，濾柱直徑為0.4 m，排水槽高度為2.0 m，濾頭出水。

根據前期中試得出的最佳運行參數［1］:臭氧投加濃度為0.84～1.00 mg/L，保證預臭氧出水中余臭氧含量0.05 mg/L;沉淀池出水濁度控制在2 NTU;反沖洗周期48 h，氣沖強度15 L/(s·m2)，3 min，水沖強度:14.5/(s·m2)，7 min，反沖洗后靜置時間為15 min。

2 結果與討論

2.1 出水濁度

從圖2可以看出，砂濾池出水濁度在0.07～0.35 NTU，平均值為0.20 NTU;炭砂濾池出水濁度在0.08～0.30 NTU，平均值為0.19 NTU。當反沖洗后的采樣時間延長為正常運行(2.5 h)后，暫未出現出水濁度超過0.3 NTU的現象。

圖2 炭砂濾池和砂濾池出水濁度

2.2 出水pH

從圖3可以看出:砂濾池出水pH值在4月10—30日(有臭氧投加)呈現不斷降低的趨勢，從7.65逐漸降低至7.40左右，炭砂濾池出水pH值維持在7.30左右;5月臭氧制備設備出現故障進行維修，未投加臭氧，砂濾池和炭砂濾池的出水pH值均有所上升，分別約為7.60和7.55。6月開始恢復臭氧投加，炭砂濾池、砂濾池出水的pH值降低，基本保持在7.30左右。

圖3 炭砂濾池和砂濾池出水pH

2.3 出水氨氮

試驗期間長江原水氨氮含量較低，2個濾池的出水氨氮較為穩定，都在0.02 mg/L以下，如圖4所示。

圖4 炭砂濾池和砂濾池的出水氨氮

2.4 出水亞硝酸鹽

從圖5可以看出:從4月10日到5月15日左右，砂濾池出水硝酸鹽始終較高，且波動較大。分析認為這可能是因為一方面原水亞硝酸鹽含量較高，另一方面砂濾池新砂的運行效果不穩定。炭砂濾池出水亞硝酸鹽始終穩定在0.001 mg/L以下。

圖5 炭砂濾池和砂濾池出水亞硝酸鹽

2.5 出水CODMn

從圖6可以看出，運行初期(4月8—15日)砂濾池出水CODMn呈降低狀態，從1.2 mg/L降至0.9 mg/L，并在4月15—30日趨于穩定狀態;炭砂濾池出水CODMn穩定在0.8～0.9 mg/L。5月無臭氧階段，砂濾池出水CODMn上升至1.2 mg/L，炭砂濾池出水CODMn上升至1.0～1.1 mg/L。砂濾池和炭砂濾池出水CODMn在6月恢復臭氧投加后分別穩定在1.1和(0.8～0.9)mg/L，7月和8月保持在0.9和0.8 mg/L左右。

圖6 炭砂濾池和砂濾池出水CODMn

整個常規工藝對CODMn的總去除率約為37%，砂濾池對沉淀出水CODMn的去除率為13%。預臭氧-炭砂濾池工藝對CODMn的總去除率約為58%，炭砂濾池對沉淀出水 CODMn的去除率提高到約32%。

2.6 出水TOC

4月，砂濾池出水TOC呈下降趨勢并趨于穩定，砂濾池和炭砂濾池TOC分別保持在1.4和1.3 mg/L。無臭氧階段，TOC略有上升，分別為1.6和1.4 mg/L;恢復臭氧投加后，分別穩定在(1.4～1.5)和(1.2～1.3)mg/L，如圖7所示。

圖7 炭砂濾池和砂濾池出水TOC

無臭氧階段，整個常規工藝對TOC的總去除率約為23%，砂濾池對沉淀出水TOC的去除率約為6%。整個預臭氧-炭砂濾池工藝則將兩者分別提升至37%和13%。

2.7 出水UV254

4月，砂濾池和炭砂濾池出水UV254分別保持在0.05和 0.03 cm-1。5月，分別上升至(0.08～0.10)和(0.04～0.05)cm-1;同步檢測結果表明，金西水廠砂濾水 UV254基本保持在0.06～0.07 cm-1，與導試水廠砂濾池基本吻合。恢復臭氧投加后，分別保持在(0.05～0.06)和(0.03～0.04)cm-1，如圖8所示。

圖8 炭砂濾池和砂濾池出水UV254Fig.8 UV254of carbon-sand filter and sand filter effluents

常規工藝對UV254的總去除率約為46%，砂濾池對沉淀水的去除率在12%左右;預臭氧-炭砂濾池工藝的UV254總去除率約81%，炭砂濾池對沉淀水的去除率在44%左右。預臭氧的投加，顯著提高了對UV254的降解效果。

3 結論

“預臭氧接觸+炭砂濾池”工藝在最佳參數狀況下長期運行，穩定運行后炭砂濾池、砂濾池出水pH值基本保持在7.30左右，但炭砂濾池出水濁度、CODMn、TOC和UV254都優于砂濾池，對沉淀出水的處理效果更佳，且在無臭氧投加階段表現出更好的穩定性。